醫(yī)用機器人的發(fā)展及應(yīng)用

摘要：近年來，醫(yī)療機器人逐漸成為了醫(yī)學(xué)界和機器人領(lǐng)域的熱點之一，在醫(yī)學(xué)界得到了廣泛的應(yīng)用。本文從醫(yī)用機器人發(fā)展歷史、應(yīng)用分類和其在各個領(lǐng)域中的具體應(yīng)用進(jìn)行了綜述，并探討了以后的主要發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：醫(yī)用機器人;發(fā)展歷史;應(yīng)用

一、引言

機器人是機電一體化與生產(chǎn)自動化自20世紀(jì)60年代以來發(fā)展的典型代表，在制造業(yè)中起著越來越關(guān)鍵的作用。而在醫(yī)療領(lǐng)域中，機器人也占有了一席之地，醫(yī)療機器人逐漸成為了國際機器人研究領(lǐng)域的熱點。在醫(yī)療機器人研究領(lǐng)域中蘊含了醫(yī)學(xué)、材料學(xué)、機械學(xué)、計算機視覺、計算機圖形學(xué)、機械力學(xué)、數(shù)學(xué)分析、生物力學(xué)、機器人等諸多學(xué)科，是一門多學(xué)科交叉融合而成新型研究領(lǐng)域。當(dāng)下，手術(shù)模擬、精確定位、無傷檢測等技術(shù)都進(jìn)行了廣泛的應(yīng)用，這不僅使得人類醫(yī)學(xué)獲得巨大的進(jìn)步，同時對于新理論、新技術(shù)也起到了巨大的推動作用。從當(dāng)下世界各國的發(fā)展來看，機器人輔助治療將成為醫(yī)學(xué)界的一種必然趨勢。

二、醫(yī)用機器人發(fā)展歷史

微創(chuàng)是指以最小的創(chuàng)傷手段達(dá)到治療疾病的目的。在微創(chuàng)外科手術(shù)中以腹腔鏡為代表的內(nèi)鏡技術(shù)就是其中的佼佼者。該技術(shù)的主要特點為傷口小、傷害低、手術(shù)中患者痛苦度較低同時傷口恢復(fù)速度較快。在當(dāng)下的醫(yī)療機器人領(lǐng)域中輔助腹腔鏡是醫(yī)療機器人的主要研究方向，使得機器人在外科手術(shù)中顯得越來越重要。醫(yī)療機器人的使用是由Computer Motion公司于1994年首次獲得批準(zhǔn)應(yīng)用于臨床的。1997年，在比利時布魯塞爾醫(yī)院由手術(shù)機器人AESOP首次完成第一例外科手術(shù)。隨后，Intuitive Suigical公司和Computer Motion公司在1999年首次獲得歐洲的CE認(rèn)證，標(biāo)志著手術(shù)機器人正式誕生。醫(yī)療機器人一般由擴圖像傳送器、輔助手術(shù)器械、傳送網(wǎng)絡(luò)以及各類機械臂等組成，分為主控臺和獨立機械臂兩大部分。手術(shù)醫(yī)師主要通過控制臺控制機械臂，機械臂控制患者體內(nèi)的醫(yī)療器械來達(dá)到手術(shù)目的。在整個手術(shù)過程中，醫(yī)師都是坐著完成的，只需觀察病人情況，在控制臺進(jìn)行操作就可以完成整個手術(shù)。2000年美國FDA批準(zhǔn)Intuitive Suigical公司制造的機器人“達(dá)芬奇”正式運用于臨床，標(biāo)志著醫(yī)療機器人正式投入使用。此后，醫(yī)療外科機器人得到了迅猛的發(fā)展。在隨后的不斷發(fā)展之下，現(xiàn)今已有約150多個醫(yī)院運用手術(shù)機器人進(jìn)行工作，取得了巨大的成就。

正是由于腹腔鏡領(lǐng)域醫(yī)療機器人的成功應(yīng)用，醫(yī)療機器人受到了廣泛的關(guān)注，迅速成為外科領(lǐng)域研究的新熱點，對機器人領(lǐng)域和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域起到了巨大的推動作用。

三、醫(yī)療機器人的應(yīng)用分類

3.1依據(jù)交互方式進(jìn)行分類

在當(dāng)下醫(yī)療機器人中依據(jù)機器人與醫(yī)生的交互方式可以分為以下三類：

（1）超級控制系統(tǒng)。超級控制系統(tǒng)主要是醫(yī)生在使用機器人之前離線狀態(tài)進(jìn)行手術(shù)規(guī)劃，將手術(shù)規(guī)劃輸入進(jìn)機器人后，醫(yī)療機器人在醫(yī)生的監(jiān)控之下按照之前輸入的手術(shù)方案獨立進(jìn)行手術(shù)的過程。

（2）遠(yuǎn)程手術(shù)系統(tǒng)。遠(yuǎn)程手術(shù)系統(tǒng)是手術(shù)機器人并不進(jìn)行獨立的手術(shù)過程，機器人完全在手術(shù)醫(yī)生的操作之下，其只作為一種手術(shù)的工具，忠實地按照醫(yī)生的意愿進(jìn)行手術(shù)。

（3）共享控制系統(tǒng)。共享控制系統(tǒng)是醫(yī)師與機器人共同控制手術(shù)，外科醫(yī)生對于機器人本身擁有部分的控制權(quán)限，機器人提供穩(wěn)定手操作，使得醫(yī)生與機器人協(xié)同操作。

3.2依據(jù)優(yōu)勢進(jìn)行分類

（1）輔助精準(zhǔn)定位。通過圖像進(jìn)行引導(dǎo)，使得外科手術(shù)可以更加精準(zhǔn)。該類機器人主要是運用圖像數(shù)字信息技術(shù)來進(jìn)行病變體定位的，主要包括CT和MR影像兩種。在傳統(tǒng)的定位系統(tǒng)中主要依賴感興趣區(qū)解剖結(jié)構(gòu)和Maiker點，對于實際定位中的組織變形和結(jié)構(gòu)錯位并沒有考慮，因此手術(shù)定位無法精準(zhǔn)，則MRI就成為了主要的應(yīng)用方向。

（2）增強手靈活性系統(tǒng)。通過動作放大、縮小裝置使得手靈活性大大增強。美國國家航天局和空間發(fā)展署發(fā)明了一種叫顯微外科系統(tǒng)的機器人輔助精細(xì)平臺，該平臺通過主控制可操作六個自由度的機械手臂，同時還配備了六個自由度的觸覺手臂，可實施高精準(zhǔn)度需求的手術(shù)。在當(dāng)今醫(yī)學(xué)界，如頸動脈吻合術(shù)等的微血管吻合術(shù)應(yīng)用廣泛，成功率得到了有效的提高。

（3）穩(wěn)定手系統(tǒng)。通過過濾震顫裝置使得手術(shù)精準(zhǔn)度更高，使顯微手術(shù)更加穩(wěn)定。穩(wěn)定手系統(tǒng)的代表由ohns Hopkins大學(xué)研究成功的。該系統(tǒng)操作系統(tǒng)和機械臂相連，通過控制器可以計算反饋力度并進(jìn)行過濾震顫，系統(tǒng)內(nèi)還有壓力表可以監(jiān)測壓力。現(xiàn)階段該系統(tǒng)還在實驗階段。

四、醫(yī)療機器人在各個領(lǐng)域的應(yīng)用

當(dāng)下，醫(yī)療機器人應(yīng)用最多的是腹腔鏡手術(shù)與膽囊切除術(shù)兩手術(shù)中。自達(dá)芬奇和宙斯問世以來，已經(jīng)有7000例患者得到了有效救治，全世界范圍內(nèi)已經(jīng)有多家醫(yī)院應(yīng)用了這兩套機器人系統(tǒng)。宙斯機器人可以減少手術(shù)時間，同時不同要醫(yī)師輔助，對患者傷害更小、身體恢復(fù)也更加快速。在適應(yīng)癥方面的應(yīng)用有，如膽囊切除術(shù)、脾切除術(shù)、肥胖癥手術(shù)等。在泌尿外科手術(shù)方面的應(yīng)用有，腎切除術(shù)、精索靜脈曲張結(jié)扎術(shù)、前列腺切除術(shù)、盆腔淋巴結(jié)清掃術(shù)和輸尿管松解術(shù)等。在骨科方面有脊髓外科手術(shù)等，婦產(chǎn)科方面也有輸卵管再通吻合術(shù)等技術(shù)貢獻(xiàn)。其中最能體現(xiàn)手術(shù)機器人價值的要屬在心臟外科領(lǐng)域的應(yīng)用，醫(yī)療機器人在心臟外科方面已經(jīng)可以在心臟跳動的情況下完成手術(shù)任務(wù)，如腔鏡下房間隔缺損修補術(shù)、腔鏡下乳內(nèi)動脈的分離、助冠脈搭橋術(shù)等。

神經(jīng)外科醫(yī)療機器人的應(yīng)用主要分三個方向：離體定向手術(shù)系統(tǒng)、腦室鏡和常規(guī)手術(shù)。腦室鏡和腹腔鏡系統(tǒng)較為相似。立體定向系統(tǒng)是運用醫(yī)療機器人精準(zhǔn)定位系統(tǒng)在顱內(nèi)進(jìn)行手術(shù)，將微創(chuàng)器械導(dǎo)入特定位置進(jìn)行手術(shù)治療。國內(nèi)首例無框架腦立體定向手術(shù)由我國海軍總院和北京航天大學(xué)完成。對于常規(guī)的開路手術(shù)來說，現(xiàn)今較成熟的是如本的Neurobot系統(tǒng)，該系統(tǒng)由操作支持設(shè)備、手術(shù)輸入裝置、為操作器、顯示器、內(nèi)鏡和激光器等組成。目前該系統(tǒng)主要用于動物實驗中。加拿大的Neuro Am是另外一種較為成熟的產(chǎn)品，該系統(tǒng)是MRI兼容的手術(shù)平臺，可以廣泛應(yīng)用于神經(jīng)外科手術(shù)。它通過主控制系統(tǒng)控制手控制器，機械臂通過復(fù)制手控制器來完成手術(shù)。在外部，工作站給予醫(yī)師反饋，形成一個虛擬現(xiàn)實的環(huán)境。

五、醫(yī)療機器人的前景與啟示

醫(yī)療機器人作為當(dāng)今世界的研究熱點，在歐美、日本等國國際先進(jìn)機器人計劃已經(jīng)多次召開研討會，許多著名會議都將醫(yī)療機器人作為專項議題拿來研討。在歐美等國都已成立專項基金，積極研究醫(yī)療機器人，以期在機器人領(lǐng)域占得先機。

現(xiàn)今，多學(xué)科融合已經(jīng)成為科技研究領(lǐng)域的大趨勢，醫(yī)療機器人研究也同樣如此。現(xiàn)今的醫(yī)療機器人大多有便攜性差、反饋系統(tǒng)差等不足，如果將專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)學(xué)、人工智能、模糊邏輯學(xué)等融入機器人領(lǐng)域中后，醫(yī)療機器人一定會具有更高的智能型。回顧整個發(fā)展過程，機器人輔助手術(shù)一定是未來醫(yī)學(xué)治療的主流，可以使醫(yī)師無論身處何處都能及時為患者進(jìn)行有效治療。

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作者簡介：劉鑫（1972.6—），本科，1997年7月畢業(yè)于太原理工大學(xué)，工程師。